【導(dǎo)讀】螺旋槳是一類典型的自由曲面零件廣泛應(yīng)用于航天、航海等行業(yè)。它的曲面形狀和制。該機(jī)床主要由機(jī)架部分、兩套主軸裝夾機(jī)構(gòu)和螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)組成。銑削的精度，又避免了換面安裝時(shí)所帶來(lái)的定位誤差。另外，當(dāng)一個(gè)槳葉加工完成后，可。實(shí)現(xiàn)5個(gè)自由度的移動(dòng)；螺旋槳夾緊機(jī)構(gòu)由1維平動(dòng)工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和夾緊機(jī)構(gòu)組成，可以方便螺旋槳的安裝和轉(zhuǎn)動(dòng)。該銑床的設(shè)計(jì)，對(duì)提高螺旋槳的加工精度和加工效率有著重要意義。

　　

【正文】 用，絲杠為驅(qū)動(dòng)軸，也可以起到一定的支撐作用。 圖 41 工作臺(tái)效果圖 數(shù) 螺旋槳的種類許多，但是槳葉的寬度一般都不會(huì)太大。對(duì)于直徑大于 4米大型螺旋槳，其槳葉的寬度也小于槳葉的徑向長(zhǎng)度，設(shè)加工螺旋槳的直徑為 ，其槳葉的徑向長(zhǎng)度為 2米，寬度應(yīng)小于 ，因此設(shè)定工作臺(tái)的移動(dòng)距離 : mmL 1600? （ ） 并聯(lián)工作臺(tái)設(shè)計(jì)完畢，其質(zhì)量約為 430kg，主軸加工時(shí)受到的最大反作用力 F為1000N，主軸傾角額定值為 ?45 。 故工作臺(tái)要承受的最大豎直力為 NFmgP 5300??? （ ） 工作臺(tái)受到的最大水平力為 NFP 70745s in1 ?? ? （ ）方向?yàn)樗椒秶鷥?nèi)任意。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 工作臺(tái)既要能正放于機(jī)架上表面，也要能倒掛在機(jī)架的下表面。為了使上下工作臺(tái)結(jié)構(gòu)一致，縮減制造、維護(hù)成本，選用導(dǎo)軌的負(fù)載能力要在 4個(gè)主要方向上相近，或一致。 組合考慮各種因素，選取 HGW55HA型導(dǎo)軌 [10]，導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為 2100mm,安裝方式為雙導(dǎo)軌， 4滑塊模式。 HG線性導(dǎo)軌 屬于滾動(dòng)滑軌，同時(shí)是整合最 佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重載精密線性滑軌，相較于其他的線性提升了負(fù)載與剛性能力，具備 4個(gè)方向等負(fù)載 及自動(dòng)調(diào)心能力，可減小安裝面的裝配誤差，達(dá)到高精度的要 求。符合本次的機(jī)床設(shè)計(jì)要求。 HGW55HA導(dǎo)軌的基本靜額定負(fù)載為 227kN， 基本額定動(dòng)負(fù)載為 114kN。 明顯符合對(duì)并聯(lián)工作臺(tái)的支撐要求；對(duì)導(dǎo)軌的動(dòng)負(fù)載進(jìn)行分析：導(dǎo)軌承受的最大豎直力為 ，考慮整個(gè)平臺(tái)的加速度，設(shè)加速度為 25 sm 。 圖 42 導(dǎo)軌受力圖 如圖 42所示 ，重力與最大加工應(yīng)力之和 P為 ，方向始終為工作臺(tái)中心豎直朝下；受第二級(jí)水平加速度的影響，水平受力為 KNmaF ?? （ ） 所以最大動(dòng)負(fù)載為 KNFPP a x ??? （ ） 假設(shè)導(dǎo)軌一直在做 sm50 的高速運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)軌的壽命為 kmPf CffL cw th 63 )( ???? （ ） 式中： L—— 額定 壽命 ， km hf —— 硬度系數(shù)，取為 1 tf —— 溫度系數(shù)，取為 wf —— 負(fù)載系數(shù)，取為 cP —— 工作負(fù)載，為 maxP 的一半， 則導(dǎo)軌的額定壽命時(shí)間 為 第 4 章 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 hVLL h 593 1046050 ???????? （ ） 核定導(dǎo)軌 壽命： 設(shè)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為一天 20小時(shí)，導(dǎo)軌的時(shí)間比為 90%，機(jī)床一年工作 350天，工作時(shí)間為 20年，則： hL h ??????? （ ） ?? hh LL （ ） 所以，導(dǎo)軌符合設(shè)計(jì)要求 。 滾珠絲杠是工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)軸，同時(shí)也能起到一定支撐作用。屬于機(jī)床的核心部件，不易更換，應(yīng)該保證較高的安全系數(shù)。 分析絲杠的工作條件： 已知工作臺(tái)的行程為 1600mm，考慮到滾珠螺母的尺寸，滾珠絲杠的尺寸應(yīng)該大于 ； 初步計(jì)算 并聯(lián)工作臺(tái)質(zhì)量 m為 430kg；另外主軸的最大反作用力為 1kN，考慮重力和主軸反向作用力的方向，其最大的合力在下工作臺(tái)，大小為 KNmgFm ??? （ ） 其方 向豎直朝下 設(shè)工 作臺(tái)的最大加速，則在平臺(tái)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，還將產(chǎn)生一個(gè)很大的軸向負(fù)載 KNmaP ?? （ ） 由于主軸的反向作用力方向可以與水平面有 ?45 的傾角，所以 滾珠絲杠在機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，還會(huì)受到其在軸向方向的載荷，其大小為 KNFS in ?? ? （ ） 考慮到工作臺(tái)的摩擦阻力，可以得到絲杠 軸受到的最大動(dòng)載荷為KNPSfFF m a x ????????? （ ） 其中摩擦系數(shù) ?f ； 設(shè)絲杠在加速時(shí)的時(shí)間比為 10%，受加工反作用力的時(shí)間比為 70%， 故絲杠受的平均動(dòng)載荷為 KNSPfFF mbm 2 4 1 ????? （ ） 因?yàn)闈L珠絲杠需要正反轉(zhuǎn)換向，在滾珠絲杠換向時(shí)，易因反向間隙造成回轉(zhuǎn)誤差，影響運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，所以也需要對(duì)滾珠螺母進(jìn)行預(yù)壓，消減回轉(zhuǎn)誤差。 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 則 預(yù)壓力大小為 NFP bm ?? （ ） 在預(yù)壓力負(fù)載下滾珠絲杠的軸向負(fù)載為 NPFF bm 1504a ??? （ ） 預(yù)期壽命校核 假設(shè)機(jī)床每天工作 12小時(shí)，一年工作 350天，額定工作年限為 20年，其中 2級(jí)工作臺(tái) 的使用時(shí)間比為 90%，則預(yù)期壽命為 hL h 7 5 6 0 03 5 ????? （ ） 之前滾珠 絲杠的軸向尺寸已經(jīng)確定大于 1600mm， 對(duì)于這個(gè)長(zhǎng)度的滾珠絲杠導(dǎo)程一般都大于 10mm， 故取導(dǎo)程為 mmL 10, ? 。 在機(jī)床工作時(shí)， 并聯(lián)桿的運(yùn)動(dòng)存在快速移動(dòng)和慢速走刀兩種方式，其中設(shè)快速運(yùn)動(dòng)的速度 min301 mV ? ， 時(shí)間比為 20%； 慢速走刀的 速度為 mV ? ， 所占時(shí)間比為80%。 因此，絲杠的平均伸縮速度為 m 21 mVVV ??? （ ） 以 導(dǎo)程 為 mmL 10, ? ， 計(jì)算滾珠絲杠的平均回轉(zhuǎn)速度為 m in64010 3 rLVn av ???? （ ） 由壽命計(jì)算 公式《 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》知 36 )(6010aavh FCnL ?? （ ） 代入數(shù)據(jù)得 NnLFC avha 2239764060107560015706010 316316 ???????? ）（）（ （ ） ,C 為動(dòng)負(fù)載，應(yīng)該滿足條件 CC?? （ ） C 為額定動(dòng)負(fù)載 根據(jù)工作條件，查看《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取絲杠： FDV25010B3型滾珠絲杠 [10]，絲杠的總長(zhǎng)度為 2090mm，螺紋副部分的長(zhǎng)度為 1900mm。 第 4 章 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 表 41 FDV25010B3 的主要參數(shù) (默認(rèn)單位 mm) 公稱外徑 導(dǎo)程 hp PCD 珠徑 根徑 剛性 K 50 10 255 螺母直 徑 螺母長(zhǎng)度 法蘭直徑 法拉厚度 動(dòng)負(fù)載 C(N) 靜負(fù)載 Co（ N） 78 258 110 18 83940 26505 滿足條件： CC?? hh pp?? （ ） 故選擇的滾珠絲杠符合要求。 由之前滾珠絲杠的校核結(jié)構(gòu)結(jié)果知： 滾珠絲杠 導(dǎo)程 L=10mm， 得滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)速為 m in300010 31m a x rLVn ??? （ ） 絲杠扭矩的計(jì)算： 在此工作臺(tái)中，絲杠為順序切削，即轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，由計(jì)算公式得絲杠旋轉(zhuǎn)的最大扭矩為： mmNLFT ??? ???? 6 0 1 103 4 0 02m a xm a x ??? （ ） 式中： ? —— 轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械效率，取值為 maxF —— 絲杠的最大軸向負(fù)載， N 查看 《 機(jī)械 設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 ，保證電機(jī)的輸出的額定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速大于絲杠所需要的值，保證絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)。選取 [11]，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 為mmN? ， 最大轉(zhuǎn)矩為 mmN? ，額定轉(zhuǎn)速為 min20xxr ，最高轉(zhuǎn)速 為 min3000r ，都符合要求。 第一級(jí)工作臺(tái)的滾珠絲杠，長(zhǎng)度為 2090mm，其中螺紋副的長(zhǎng)度為 1900mm，額定的驅(qū)動(dòng)距離為 1600mm，最大驅(qū)動(dòng)距離為 1640mm。 絲杠的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而且絲杠 主要承受的載荷為軸向 載荷 ，所 以絲杠采用一端固定，一端支撐的方式。固定端為兩個(gè)背對(duì)背的圓錐滾子 軸承，支撐端為為一對(duì)深 溝球軸承。圓錐滾子軸承選擇 320xx，內(nèi)徑為 50mm，外徑 80mm，厚度為 20mm；深溝球軸承選擇 6208，內(nèi)徑為 40mm，外徑 80mm，厚度為 18mm。 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 絲杠 軸承主要承擔(dān)絲杠自身的重量和絲杠工作時(shí)的軸向負(fù) 載， 絲杠的重量為 32kg，絲杠承受的最大軸向負(fù)載為 3400N。 因?yàn)?滾珠絲杠的支撐端和固定端承受的豎直載荷一樣，但是固定端還 要承受軸向載荷，因此固定端的兩個(gè)圓錐滾珠軸承是危險(xiǎn)端，需要校核，如圖 43所示 [13]。 圖 43 絲杠軸的軸承受力圖 由于兩端的軸承到絲杠重心的距離基本上一樣，所以兩個(gè)軸承承受的重力載荷基本一致。 NmgFF ??? （ ） 假設(shè)兩個(gè)圓錐滾子軸承的徑向載荷一致，則 NFF 8021 ?? （ ） 根據(jù)之前 對(duì)絲杠的受力分析，得 絲杠的最大軸向載荷為 NPSfFF m 3 4 0 a x ???????? （ ） 受力情況，如圖 43所示 首先計(jì)算軸的軸向力，查表得，軸承 2的內(nèi)部軸向力分別為 NF 11 ???? （ ） NF 22 ???? （ ） 方向如圖 43所示。 因?yàn)?2S 和 S 的方向一致，則 2 ???? （ ） 顯然， 12 SSS ?? ，因此軸有向右移的趨勢(shì)，但是受到力平衡不能移動(dòng)，故兩個(gè)軸承的軸向力分別為 23 ??? （ ） ? （ ） 第 4 章 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 因此只需要校核軸承 1，因?yàn)檩S承 1受到的徑向力比軸向力小很多，所以必須考慮當(dāng)量?jī)蓚€(gè)方向的當(dāng)量載荷，即 ?X ?Y （ ） 故當(dāng)量動(dòng)載荷為 NYFXFfP d 1 0 7 5) 4 2 (1)( 311 ???????? （ ） NYFXFfP ad )(1)( 222 ???????? （ ） 因 21 PP? ，所以只計(jì)算軸承 1壽命 壽命校核： 軸承由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：額定動(dòng)載荷 ? ， min640 rn? [10]，要求軸承使用壽命大于 720xxh，軸承壽命為 hfP fCnL h 631016 )(10 ????? （ ） f —— 溫度系數(shù)，取為 1f —— 載荷系數(shù)，取為 顯然該軸承滿足要求。 工作臺(tái)主板上要鋪設(shè)導(dǎo)軌和滾珠絲杠，根據(jù)之前選取的導(dǎo)軌和滾珠絲杠的尺寸，確定主板的主要尺寸，如圖 44[10]： 圖 44 工作臺(tái)主板 尺寸 第二級(jí)工作臺(tái)直接連接在機(jī)架上，通過(guò)線性移動(dòng)來(lái)帶動(dòng)整個(gè)并聯(lián)工作臺(tái)移動(dòng)；其運(yùn)動(dòng)方向平行于螺旋槳的徑向，運(yùn)動(dòng)尺寸要保證主軸可以加工槳葉的整個(gè)徑向尺寸。 和第一級(jí)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)一樣，設(shè)計(jì)一根滾珠絲杠和兩根導(dǎo)軌，導(dǎo)軌起支撐作用，絲杠為驅(qū)動(dòng)軸， 可以起到一定的支撐作用。 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 設(shè)加工螺旋槳的直徑為 ，考慮輪轂的尺寸，其槳葉的徑向長(zhǎng)度為最大可能為 ，因此設(shè)定工作臺(tái)的移動(dòng)距離 mmL 2200? （ ） 并聯(lián)工作臺(tái)和第一級(jí)工作臺(tái)設(shè)計(jì)完畢，其 總 質(zhì)量約為 1152kg，主軸加工時(shí)受到的最大反作用力為 1000N，主軸傾角額定值為 ?45 ，故工作臺(tái)要承受的最大豎直力為 NFmgP 12520??? （ ） 工作臺(tái)受到的最大水平力為 NFP 70745s in ?? ? （ ） 方向 在水